JP2007301485A - 移動式造水機及び逆洗装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い逆洗効果を発揮し濾過性能を確実に回復させて長時間の造水操作を可能にする移動式造水機および逆洗装置を提供する。
【解決手段】自転車やモータサイクルの駆動輪から回転力が伝達されて駆動する濾過ポンプ8を有し、この濾過ポンプ8の吐出側に濾過装置4を接続し、吸入側を水源に浸漬させるように構成された移動式造水機において、濾過装置4の逆洗装置として、濾過装置4の濾過水出口側に接続され濾過水を貯留する濾過水タンク19と、この濾過水タンク19内に加圧空気を導入するための空気タンク21と、この空気タンク21に着脱自在に接続され空気タンク21内の空気を加圧する空気入れ28と、空気タンク21と濾過水タンク19の間に介設される開閉弁22とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、災害等の緊急時において河川や池等の水源から飲料水を造水するのに好適な移動式造水機および逆洗装置に関するものである。
地震等の災害が発生してライフ・ラインが遮断された被災地では、まず、飲料水を確保することが必要となる。
飲料水を確保する手段として、トラック等の車両に膜濾過装置を搭載した浄水設備が実用化されている。ところが、この種の自走式浄水設備は、被災地に通じる道路が分断されたり交通が混雑した場合には現地への到着が遅れるため、迅速な対応を期待することができない。そこで、自転車やモーターサイクルに小型の濾過装置を搭載した移動式造水機も実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
自転車やモーターサイクルは、それらの車輪が通過し得る道幅さえあれば走行が可能であるため、上記自走式浄化設備に比べると機動力に優れており、迅速に被災地に移動して造水作業を行なうことができる。
しかも、自転車搭載型の場合は、人力で濾過装置のポンプを駆動するため、電気やガソリン等のエネルギー源が確保できなくとも造水が可能である。また、モーターサイクル搭載型では燃料タンクにガソリンがある範囲で造水が可能である。
図7は上記移動式造水機の一具体例を示したものである。同図に示すように、複数の浄水筒50a〜50dを直列に接続した濾過装置50が自転車55の荷台に搭載され、浄水筒50a側から被処理水を供給するためのパイプ51および送りポンプ52が備えられている。なお、送りポンプ52の吸入側にはホース53が接続され、このホース53の先端は水源に浸漬されるようになっている。
また、送りポンプ52の駆動シャフトにはギヤ54が設けられ、このギヤ54は、自転車55の後輪回転軸56に設けられたギヤとチェーン57を介し回転するギヤ58と歯合するようになっている。
ペダルを漕いで後輪59を回転させると、その回転力がチェーン57を介して送りポンプ52に伝達され、ポンプ52は水源の被処理水をホース53を通じて汲み上げ、濾過装置50に供給することができる。
濾過装置50に供給された被処理水は、浄水筒50a〜50dに順次送られることによって浄化され、飲料水が造水される。この飲料水はパイプ60、ホース61から取り出される。
上記移動式造水機が利用する水源としては、河川、溜池、井戸水、或いはプール等が想定されるが、水質によっては濾過装置50が短時間に詰まってしまうことが予想される。そこで、浄水用の送りポンプ52とは別に逆洗用の送りポンプ62が設けられている。
この送りポンプ62のギヤ63をギヤ58と歯合させ、ホース64を浄水タンク(図示しない)に浸漬した状態で送りポンプ62を駆動させると、浄水が浄水筒50dから50aに逆流し、濾過装置50を洗浄することができる。このように逆洗を行なうことにより、低下した濾過性能を回復させている。
なお、移動式造水機以外の濾過設備では、逆洗時に空気の流れを利用する方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。この方法は、濾過ポンプとは別に水流ポンプを設け、この水流ポンプによる吸引力を利用して濾過室内を負圧にし、空気を濾過室内に導いて気泡を発生させ、濾過装置を洗浄するというものである。
再公表特許WO00/59832号公報 特許第3125135号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載の移動式造水機では、水源の水質によっては濾過装置50の濾過性能を十分回復させることができない場合がある。
詳しくは、濾過装置50における最終濾過に用いられる浄水筒には中空糸などの濾材が使用されるが、最終濾過段階まで到達した細かい粒子を捕獲できるようにその中空糸の濾過径を選定するのが一般的である。したがってこのような濾過径の小さい中空糸の内部まで微細粒子が深く侵入すると、単に水流を逆流させるだけではその微細粒子を完全に剥離させることが難しい。
また、濁質は粒子状に限らず不定形のものも存在し、不定形のもののいずれかは中空糸膜の細孔をすり抜け、内部に到達することもある。このことも逆洗だけでは濾過性能の回復が望めない原因の一つとなっている。さらにまた、上記移動式造水機では、濾過用と逆洗用の二つのポンプを必要とし、ポンプ切換機構も必要となるため、装置が複雑になるという問題もある。
また、上記特許文献2に示されている、空気を利用した逆洗方法を採用したとしても吸引力が低いことから、中空糸膜を振動させるほどの洗浄効果は期待できない。
本発明は以上のような従来の移動式造水機における課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成でありながら高い逆洗効果を発揮して濾過性能を確実に回復させることができ、それによって長時間の造水操作を可能にする移動式造水機および逆洗装置を提供するものである。
本発明は、逆洗装置付きの移動式造水機に関する第一の形態と、逆洗装置を備えていない移動式造水機に対して後付けするように構成された逆洗装置に関する第二の形態とがある。
本発明の第一の形態は、自転車やモータサイクルの駆動輪から回転力が伝達されて駆動する濾過ポンプを有し、この濾過ポンプの吐出側に濾過装置を接続し、吸入側を水源に浸漬させるように構成された移動式造水機において、上記濾過装置の逆洗装置として、濾過装置の濾過水出口側に接続され濾過水を貯留する濾過水タンクと、この濾過水タンク内に加圧空気を導入するための空気タンクと、この空気タンクに着脱自在に接続され空気タンク内の空気を加圧する加圧手段と、空気タンクと濾過水タンクの間に介設される開閉弁と、を備えてなる移動式造水機である。
上記第一の形態に係る移動式造水機において、濾過装置の上方に濾過水タンクを配置すれば、空気タンクからの加圧空気が濾過装置にショートパスすることを防止することができる。
また、濾過水タンクの上方に空気タンクを配置すれば、濾過水タンク内の濾過水が空気タンクに進入することを防止することができる。
また、上記濾過装置の具体例としてはUF(限外濾過)膜モジュールまたはMF(精密濾過)膜モジュール等が示される。
また、上記空気タンクに、空気入れを接続するための接続部と、空気タンク内の圧力を示す圧力計を設けることが好ましい。それにより、濾過水タンクに導入する加圧空気の圧力を適性値に調節することができる。
また、上記逆洗装置を濾過装置に対して着脱可能に構成すれば、例えば濁度の極めて低い井戸水を水源とするような場合には、逆洗装置を取り外した状態で造水が行なえる。また、逆洗装置のメンテナンスが簡単に行なえる。
本発明の第二の形態は、自転車やモータサイクルの駆動輪から回転力が伝達されて駆動する濾過ポンプと、この濾過ポンプの吐出側に接続された濾過装置とを有する移動式造水機に接続される逆洗装置であって、上記逆洗装置が、濾過水を貯留する濾過水タンクと、この濾過水タンク内に加圧空気を導入するための空気タンクと、この空気タンク内の空気を加圧する加圧手段と、空気タンクと濾過水タンクとの間に介設される開閉弁と、濾過水タンクを濾過装置の濾過水出口側に着脱自在に接続するための接続手段と、を備えてなる逆洗装置である。
上記第二の形態に係る逆洗装置において、濾過装置をUF膜モジュールまたはMF膜モジュールで構成した場合、濃縮水またはエアー抜き用として設けられている出口を通じ、濾過装置を洗浄した洗浄排水を排出することができる。
また、加圧手段として自転車用空気入れを有することができる。
本発明の第一の形態に係る移動式造水機によれば、簡単な構成でありながら高い逆洗効果を発揮して濾過性能を確実に回復させることができ、それによって長時間の造水操作を可能にすることができる。
本発明の第二の形態に係る逆洗装置によれば、逆洗装置を備えていない既存の移動式造水機に対し逆流洗浄機能を簡単に付加することができる。
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る移動式造水機(第一の形態)の構成を示した正面図であり、図2はその背面図である。
両図において1は従来公知の自転車であり、前輪1a、後輪1b、本体フレーム1c、荷台1dを有し、後輪1bの車軸1eに固定されている従動スプロケット1fと、左右のペダル1gが固定されている駆動軸1hの駆動スプロケット1iとにエンドレスチェーン1jが架設されている。
造水ユニット2は荷台1dに設置されており、濾過ポンプ(後述する)を収納したケース3と、濾過装置4と、前処理用の第一および第二フィルタ5,6と、逆洗装置7とから主として構成されている。
逆洗装置7は後で詳しく説明するが、配管18、20を介して濾過水タンク19と空気タンク21とを直列に接続し、かつそれらを略垂直に配置している。また、濾過水タンク19は濾過装置4よりも上方に配置され、空気タンク21は濾過水タンク19よりも上方に配置されている。
以下、各部の構成について図3のブロック図を参照しながら説明する。
8は濾過ポンプであり、この濾過ポンプ8の駆動シャフト8aにはスプロケット8bが固定されており、このスプロケット8bは、上記車軸1eの従動スプロケット1fと並設されたスプロケット1kとエンドレスチェーン9を介して連結されている。
なお、駆動シャフト8aには図示しないクラッチが備えられており、濾過ポンプ8を駆動させる必要がない時はそのクラッチを切ってスプロケット8bを空転させるようになっている。
濾過ポンプ8の吸入側ポート8cにはホース10を介して粗フィルタ11が接続されており、この粗フィルタ11は被処理水を採取するため、河川や溜池等の水源に浸漬されるようになっている。
また、濾過ポンプ8の吐出側ポート8dには、被処理水の前処理用として、濾過材を充填した上記第一フィルタ5と第二フィルタ6が直列に接続されている。
第二フィルタ6は配管12を介してUF膜モジュールからなる濾過装置4に接続され、その配管12には圧力計13とバルブ14が介設され、さらに配管12から分岐する第一排出管12aには第一バルブ15が介設されている。なお、上記UF膜モジュールに代えてMF膜モジュールを使用することもできる。
濾過装置4は全量濾過タイプのもので構成され、図4に示すように、底蓋部4aと上蓋部4bを有する円筒状容器4cを外装として有し、底蓋部4aには被処理水を導入するための導入口4dが備えられ、上蓋部4bには濾過水を排出するための排出口4eが備えられている。
また、円筒状容器4cの側壁には濃縮水(またはエアー抜き用)を排出しながら濾過を行なうタイプにも兼用できるように口部4fが備えられている。
円筒状容器4c内には、多数本の中空糸4gが束状に収納されており、中空糸4gの外面側に導入された被処理水は、中空糸4gの細孔を通過することによって濾過され、濾過水は中空糸4gの内部を通って円筒状容器4cの上部室Aに集合し、排出口4eから送り出されるようになっている。
図3に戻って説明する。
濾過装置4の側壁に設けられた口部4fには第二排出管16が接続されており、この第二排出管16には第二バルブ17が介設されている。
濾過水出口側となる上記排出口4eは、配管18を介して濾過水タンク19の底部19aに接続されている。
なお、図では紙面の都合上、濾過装置4と並べて濾過水タンク19を描いているが、実施状態ではこの濾過水タンク19は濾過装置4の上方に配置される(図1参照)。それにより、後述する空気タンク21によって加圧された空気が濾過装置4にショートパスしないようにしている。
一方、濾過水タンク19のさらに上方には空気タンク21が配置されており、両タンク19,21は濾過水タンク10の上部19bから立設延設された配管20を通じて接続されている。なお、空気タンク21を濾過水タンク19の上方に配置する理由は、濾過水が空気タンク21内に侵入することを防止するためである。
上記配管20には第三バルブ(開閉弁)22が介設されている。また、配管20は濾過水を取り出すための取水管23が分岐して形成されており、この取水管23には第四バルブ24が介設されている。
さらに、空気タンク21には逆止弁25を備えた配管26が接続され、この配管26の先端には接続部27が設けられている。この接続部27には自転車用空気入れ(加圧手段)28のホース先端を接続することができるようになっている。なお、空気タンク21内の圧力は圧力計29によって表示される。
次に、上記構成からなる移動式造水機の動作について説明する。
なお、自転車1のスタンドを立てることによって、後輪1bを空転させることができ、粗フィルタ11は水源に浸漬されていることを前提とする。
バルブ14と24を開き、バルブ15、17、22はそれぞれ閉じておく。
ペダル1gを漕ぐと後輪1bが回転し、エンドレスチェーン9を介してスプロケット8bが回転することにより、駆動シャフト8aが回転し、濾過ポンプ8が駆動する。
それにより、粗フィルタ11から被処理水が汲み上げられ、汲み上げられた被処理水は第一フィルタ5と第二フィルタ6に順次導入されて前処理される。
前処理された被処理水は、次に濾過装置4に導入されて限外濾過され、濾過水として送り出される。
濾過装置4から送り出された濾過水は濾過水タンク19に貯留され、この濾過水タンク19が満水になるとバルブ24を通じて取水管23から取水することができる。
上記の濾過処理を実行することによって被処理水から浄水が造水されるが、この処理を継続して行なうと、粗フィルタ11、第一および第二フィルタ5,6および濾過装置4に濁質が蓄積されていく。
その結果、圧力計13に表示される圧力が上昇し、取水される水量も次第に低下してくる。
このような圧力上昇や取水量低下の主原因は、濾過装置4における濁質の蓄積である。したがって、継続して濾過性能を維持するためには、濾過装置4の中空糸4gに付着した濁質を定期的に除去する必要がある。
なお、粗フィルタ11、第一および第二フィルタ5,6についても同様に濁質が付着するが、これらは比較的安価であり、詰まりが激しくなると、交換すればよい。
ところで、濁質除去のために行なわれる従来の逆洗作業では、濾過水を濾過操作とは逆向きにして流して膜表面に蓄積した濁質を洗い流そうとするものが一般的である。例えば図7に示した移動式造水機では、逆洗用の送りポンプ58を備えている。
このような移動式造水機では、濾過用の送りポンプ52とは別に逆洗用の送りポンプ62を備えなければならないため、装置が複雑になりコストも高くなる。加えて、送りポンプの切換操作が必要となり、操作も繁雑になる。
さらに、濾過装置内で水流を逆流させても水源の水質によっては、濁質を十分に洗い流すことができない場合がある。
これに対し、本実施形態の移動式造水機によれば、図3に示したように送りポンプとしては1台の濾過ポンプ8を使用するだけであるから装置が簡素化され、操作も簡単になる。
上記逆洗の簡素化は以下の手順によって実現することができる。
まず、移動式造水機の運転中、バルブ22は閉状態とし、自転車用空気入れ28を用いて空気タンク21内に空気を封入し加圧しておく。
空気タンク21の圧力は圧力計29によって示されるが、および0.2〜0.4Mpa程度に加圧する。
次に、逆洗を行なう場合、濾過ポンプ8の駆動を停止させ、バルブ14、15、24を閉じ、バルブ17を開く。
この状態で第三バルブ22を開くと、空気タンク21内に加圧封入されていた空気が一気に開放され、濾過水タンク19に導入される。
それにより、濾過水タンク19に貯留されていた濾過水が濾過装置4に送り込まれる。
濾過装置4内では、濾過水の濾過処理時とは逆の流れが発生することにより、中空糸4gの膜表面に付着した濁質が洗い流されるが、空気タンク21から導入した加圧空気も同時に濾過装置4内に導入されるため、水流と加圧空気が同時に濾過装置4内に流れ込むことになる。
その結果、中空糸4gの膜は水流を受けることによって洗浄されるとともに、加圧空気流を受けることによって激しく揺れ、その結果、中空糸4gの膜内部に深く入り込んだ濁質物質もはがれ落とされる。さらに、中空糸4gの細孔をすり抜けて膜内に侵入した不定形の物質も除去される。
このように、水流と加圧空気が流れることによって濾過装置4内で撹拌が行なわれ、濁質を含んだ洗浄排水は濾過装置4内を上昇し、第二排出管16、第二バルブ17を通じて排出される。
所定時間逆洗が行なわれると、第一バルブ15を開き、濾過装置4内に残存する洗浄排水を自重で排出させる。
このような水と加圧空気の混合流によって空気が膜表面に流れてくる状況は、目視でも観察することが可能であり、逆洗効果を確認することができる。
なお、濾過装置4として濃縮水を排出しながら濾過を行なうタイプを使用する場合には、第二バルブ17は常時開とする。
〈 実施例 〉
自転車搭載型の移動式造水機の構成について実施例を以下に示す。
(a)自転車 24インチ型:1780mm(長さ)×620mm(幅)×1100mm(高
さ)
(b)UF膜モジュール 中空糸の材質:ポリエーテルスルホン
外形寸法:φ79(胴径)×250mm(全長)
有効濾過面積:2m2
(c)送りポンプ ベーンポンプ
(d)後輪回転数 約70回転/分
(e)被処理水採取場所 大阪市内二級河川
〈 結果 〉
図5は濾過水を利用した従来の逆流洗浄法による運転結果を比較例として示したものであり、(a)は圧力性能を示し、(b)は水量性能を示している。
従来の逆洗方法を再現するにあたり、図3に示した移動式造水機において、濾過装置4を一旦、装置から取り外し、入口と出口を逆にして付け替えた。また、予め、この移動式造水機で濾過処理された濾過水を別容器に貯めておき、粗フィルタ11をその別容器に浸漬させ、バルブ15、17、22を閉じる一方でバルブ14、24を開き、濾過ポンプ8を駆動させて濾過水を濾過装置4に逆流させた。
運転開始後から圧力の上昇と水量の低下が起こった。
1時間40分経過後には図5(a)に示したようにポンプ吐出圧は初期圧0.06Mpaから0.14Mpaに上昇し、濾過水量は5リットル/分から2.8リットル/分に低下した。
この時点で運転を中断し、逆流洗浄を実施した。
その結果、運転再開後には、吐出圧0.12Mpa、濾過水量3.3リットル/分に若干回復したものの、大きな回復には至らなかった。
このまま運転を継続し、その後1時間経過毎に逆洗を実施したが、図5(a)および(b)に示されるように、水流のみの逆流洗浄では吐出力の上昇を抑制することはできず、また、水量を上昇させる効果も少なかった。結果として濾過性能が経時的に低下することを防止することはできなかった。
図6は本発明による加圧空気と濾過水を併用した逆洗による運転結果を示したものであり、(a)は圧力性能を示し、(b)は水量性能を示している。
本発明ではポンプの切り替えも必要なく、また、濾過装置4を付け替えることもなしに、単にバルブの切替操作だけで逆流洗浄を可能にしている。
詳しくは、圧力計29の指示が0.3Mpaとなるように空気タンク21内を加圧し(図3参照)、上記実施形態で説明した通りの加圧空気と濾過水併用による逆洗を1時間毎に行なった。
図6(a)に示すように、運転初期のポンプ吐出圧は0.06Mpa、濾過水量は5リットル/分であったが、40分経過後にポンプ吐出圧は0.09Mpaに上昇、濾過水量は4.4リットル/分に低下した。
この時点で運転を中断し、逆洗を実施し運転を再開した。
その結果、ポンプ吐出圧は0.05MPaに下がり、濾過水量は5.1リットル/分に回復した。その後、1時間経過毎に上記併用法で逆洗を繰り返し、運転を継続した。
図5に示した水流のみで逆洗する場合に比べ、ポンプ吐出圧、濾過水量ともに顕著な差が確認された。このことから、加圧空気と濾過水を併用して逆洗することに明らかに効果があると認められる。
なお、上記逆洗装置7を移動式造水装置に対して着脱可能に構成すれば、例えば濁度の極めて低い井戸水を水源とするような場合には、逆洗装置7を取り外した状態で造水が行なえる。また、逆洗装置7のメンテナンスが簡単に行なえる。
また、逆洗装置7を、濾過水タンク19と、この濾過水タンク19内に加圧空気を導入するための空気タンク21と、この空気タンク21内の空気を加圧する加圧手段としての自転車用空気入れ28と、空気タンク21と濾過水タンク19との間に介設される開閉弁としてのバルブ22と、濾過水タンク19を濾過装置4に対して着脱自在に接続するためのワンタッチカプラ(接続手段)とから構成される独立した構成(本発明の第二の形態)にすれば、逆洗装置を備えていない移動式造水機に対して逆洗機能を後付けで付加することが可能になる。
また、この場合、空気タンク21と空気入れ28に代えてコンプレッサを使用することもできる。
また、濾過装置4をUF膜モジュールまたはMF膜モジュールで構成すると、各モジュールにおける濃縮水またはエアー抜き用の出口を通じ、濾過装置4を洗浄した洗浄排水を排出することができる。
本発明に係る自転車搭載型の移動式造水機の構成を示す正面図である。 図1の背面図である。 移動式造水機の回路構成を示すブロック図である。 図3のUF膜フィルタの構成を示す縦断面図である。 (a)は従来の逆流洗浄法による運転結果を示す圧力性能図、(b)は水量性能図である。 (a)は本発明の加圧空気と濾過水逆流洗浄の併用による運転結果を示す圧力性能図、(b)は水量性能図である。 従来の移動式造水機の構成を示す正面図である。
符号の説明
1 自転車
2 造水ユニット
3 ケース
4 濾過装置
5 第一フィルタ
6 第二フィルタ
7 逆洗装置
8 濾過ポンプ
9 エンドレスチェーン
10 ホース
11 粗フィルタ
12 配管
12a 第一排出管
13 圧力計
14 バルブ
15 第一バルブ
16 第二排出管
17 第二バルブ
18 配管
19 濾過水タンク
20 配管
21 空気タンク
22 第三バルブ
23 取水管
24 第四バルブ
25 逆止弁
26 配管
27 コネクタ
28 自転車用空気入れ
29 圧力計

Claims (9)

  1. 自転車やモータサイクルの駆動輪から回転力が伝達されて駆動する濾過ポンプを有し、この濾過ポンプの吐出側に濾過装置を接続し、吸入側を水源に浸漬させるように構成された移動式造水機において、
    上記濾過装置の逆洗装置として、上記濾過装置の濾過水出口側に接続され濾過水を貯留する濾過水タンクと、この濾過水タンク内に加圧空気を導入するための空気タンクと、この空気タンクに着脱自在に接続され空気タンク内の空気を加圧する加圧手段と、上記空気タンクと上記濾過水タンクの間に介設される開閉弁と、を備えてなることを特徴とする移動式造水機。
  2. 上記濾過水タンクが上記濾過装置の上方に配置されている請求項1記載の移動式造水機。
  3. 上記空気タンクが上記濾過水タンクの上方に配置されている請求項1または2記載の移動式造水機。
  4. 上記濾過装置としてUF膜またはMF膜モジュールを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動式造水機。
  5. 上記空気タンクに、空気入れを接続するための接続部と、上記空気タンク内の圧力を示す圧力計が設けられている請求項1〜4のいずれか1項に記載の移動式造水機。
  6. 上記逆洗装置が、上記濾過装置に対して着脱可能に構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の移動式造水機。
  7. 自転車やモータサイクルの駆動輪から回転力が伝達されて駆動する濾過ポンプと、この濾過ポンプの吐出側に接続された濾過装置とを有する移動式造水機に接続される逆洗装置であって、
    上記逆洗装置が、濾過水を貯留する濾過水タンクと、この濾過水タンク内に加圧空気を導入するための空気タンクと、この空気タンク内の空気を加圧する加圧手段と、上記空気タンクと上記濾過水タンクとの間に介設される開閉弁と、上記濾過水タンクを上記濾過装置の濾過水出口側に着脱自在に接続するための接続手段と、を備えてなることを特徴とする逆洗装置。
  8. 上記濾過装置がUF膜またはMF膜モジュールからなり、濃縮水またはエアー抜き用として設けられている出口を通じて上記濾過装置を洗浄した洗浄排水を排出するように構成されている請求項7記載の逆洗装置。
  9. 上記加圧手段として自転車用空気入れを有する請求項7または8記載の逆洗装置。
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